通过无线电源实现无电池应用

Mark Vitunic

无线电力传输 （WPT） 系统由气隙隔开的两部分组成：带有发射线圈的发射器 （Tx） 电路和带有接收线圈的接收器 （Rx） 电路（见图 1）。与典型的变压器系统非常相似，发射线圈中产生的交流电通过磁场在接收线圈中感应交流电。然而，与典型的变压器系统不同，初级（发射器）和次级（接收器）之间的耦合通常非常低。这是由于非磁性材料（空气）间隙造成的。

图1.无线电力传输系统。

目前使用的大多数无线电力传输应用都配置为无线电池充电器。可充电电池位于接收器侧，只要有发射器，就可以无线充电。充电完成后，当电池随后从充电器中取出时，可充电电池随后为最终应用供电。下游负载可以直接连接到电池，也可以通过 PowerPath™ 理想二极管间接连接到电池，也可以连接到集成在充电器 IC 中的电池供电稳压器的输出。在所有三种情况下（见图2），最终应用都可以在充电器上运行。

图2.无线 Rx 电池充电器，其下游负载连接到 a） 电池、b） PowerPath 理想二极管和 c） 稳压器输出。

但是，如果特定应用根本没有电池，而只需要在无线电源可用时提供稳定的电压轨，该怎么办？此类应用的例子在远程传感器、计量、汽车诊断和医疗诊断中比比皆是。例如，如果远程传感器不需要连续供电，那么它就不必有电池，电池需要定期更换（如果是原电池）或充电（如果它是可充电的）。如果该远程传感器只需要在用户在其附近时提供读数，则可以按需无线供电。

进入 LTC3588-1 毫微功耗能量收集电源。虽然 LTC3588-1 最初设计用于由传感器 （例如，压电、太阳能等） 供电的能量收集 （EH） 应用，但它也可用于无线电源。图 3 显示了采用 LTC3588-1 的完整发射器加接收器 WPT 解决方案。在发送器侧，使用基于 LTC6992 TimerBlox 硅振荡器的简单开环无线发送器。对于此设计，驱动频率设置为216 kHz，低于LC谐振电路266 kHz。f的精确比率®LC_TX到 f驾驶最好根据经验确定，目标是最大限度地减少由于零电压开关 （ZVS） 引起的 M1 中的开关损耗。发射器侧在线圈选择和工作频率方面的设计考虑与其他WPT解决方案没有什么不同：也就是说，在接收器侧安装LTC3588-1并没有什么独特之处。

图3.WPT采用LTC3588-1提供稳定的3.3 V电源轨。

在接收器侧，LC谐振频率设置为等于216 kHz的驱动频率。由于许多 EH 应用需要交流至直流整流 （就像 WPT 一样），因此 LTC3588-1 已经具有此内置功能，从而允许 LC 谐振电路直接连接至 LTC3588-1 的 PZ1 和 PZ2 引脚。整流是宽带的：直流至>10 MHz。 与 V 相似抄送LTC4123 / LTC4124 / LTC4126 上的引脚，V在LTC3588-1 上的引脚被调节到适合于为其下游输出提供电源的水平。在 LTC3588-1 的情况下，输出是一个迟滞降压型 DC-DC 稳压器，而不是一个电池充电器。提供四种引脚可选输出电压：1.8 V、2.5 V、3.3 V 和 3.6 V，连续输出电流高达 100 mA。输出电容的尺寸可以调整，以提供更高的短期电流突发，前提是平均输出电流不超过100 mA。当然，实现完整的100 mA输出电流能力取决于是否具有适当尺寸的发射器、线圈对和足够的耦合。

如果负载需求小于可用的无线输入功率可以支持，则V在电压会增加。尽管LTC3588-1集成了一个输入保护分流器，如果VIN电压上升到20 V，此功能可能没有必要。作为 VIN电压上升，接收器线圈上的峰值交流电压也会上升，这对应于输送到 LTC3588-1 的交流电量下降，而不是简单地在接收器槽中循环。如果在V之前达到接收器线圈的开路电压（VOC）在电压升至20 V，下游电路受到保护，接收器IC中没有浪费热量。

测试结果：对于图3所示气隙为2 mm的应用，在3.3 V时测得的最大可交付输出电流为30 mA，测得的空载V在电压为 9.1 V。对于接近零的气隙，最大可交付输出电流增加到约90 mA，而空载V则在电压仅增加到16.2 V，远低于输入保护分流电压（见图4）。

图4.不同距离的最大输出电流为 3.3 V。

对于可提供无线电源的无电池应用，LTC3588-1 提供了一个简单的集成式解决方案，用于提供具有完整输入保护的低电流稳压轨。

审核编辑：郭婷